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《体系结构windlx流水线实验报告.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、实验一基本实验----by王琳PB1.实验目的：1）熟悉计算机流水线基本概念2）了解DLX基本流水线的各段的功能3）了解各种不同指令在流水线中的实际流动情况4）对流水线做性能分析5）了解影响流水线效率的因素——数据相关、结构相关、控制相关，了解相关的种类6）了解解决数据相关的方法2.实验平台：WinDLX仿真器WinDLX简介:l是一个图形化、交互式的DLX流水线仿真器。l可以装入DLX汇编语言程序,然后单步,设断点或是连续执行该程序.lCPU的寄存器,流水线,I/O和存储器都可以用图形表示出来l提供了对流水线操作的统计功能.l可以装载文件名为*.s的文件.l要求
2、的硬件平台是IBM-PC兼容机.lWinDLX是一个Windows应用程序,运行DOS3.3以上和Windows3.0以上的操作系统.lWinDLX软件包中带有说明文件及教程,可以供使用者进一步了解仿真器的使用方法和DLX处理器的原理.大家再进行实验前应该仔细阅读这些文档.3.实验内容：1）在仿真器上分别运行单条指令：Load指令、Store指令、分支指令、寄存器ALU指令、立即数ALU指令，记录它们在流水线中的执行情况lLw：观察此流水线时空图，可以发现：转移指令引起的延迟仅为1clocks，另2stalls是trap指令引起的，这个执行结果似与不采用forwa
3、rding技术的前提相违，只能理解为对于无条件的转移指令，新的PC值在EX阶段即已被写入。lSw：lBeqz：由此图可见，对于分支指令，总是用not-taken的策略来处理，并且也认为新的PC值也在EX阶段即已被写入，且cond条件也在EX段被算出（这显然是一个极不合理的假设，究竟为何分支指令的延迟为1stall有待进一步探究）l寄存器ALU指令l立即数ALU指令2）仿真器运行一段无相关的程序，记录它的执行情况，计算流水线的加速比、吞吐率与效率。下面是一段不相关的程序，一共6条指令ADDIR5,R5,1SUBIR4,R4,1ANDR3,R3,R3XORR7,R7,
4、R7ADDIR8,R8,1ADDIR9,R9,1在WinDLX中执行的结果如下：如上图所示：l6条指令一共执行了10个周期，而每个指令都需要5个周期来完成。故可得加速比：5*6/10=3l实际吞吐率：流水线由5段组成，完成6条指令，m=5,n=6，T=5△t+(6-1)△t=10△t，Tp=n/T=3/(5△t),即为实际吞吐率。l效率：E=1/（1+（m-1）/n）=TP*△t=3/53）在仿真器运行一段程序:在用仿真器模拟前先自己手动分析出程序执行时的相关种类与个数:1.addi-addi关于r2的raw相关：2stalls2.lw-addi关于r1的raw相
5、关：2stalls3.addi-sw关于r1的raw相关：2stalls4.addi-sub关于r2的raw相关：2stalls5.sub-bnez关于r4的raw相关：2stalls6.bnez的控制相关（alwaysnot-take）：1stalls（nothit）/0stall(hit)7.j的控制相关：1stalls8.trap：2stalls在DLX上的实际运行结果：统计该程序在流水线中出现的各种相关个数，及其引起的流水线暂停周期数：可见，此执行结果与之前手动分析的结果完全相同4）通过在流水线中设置定向路径来消除数据相关后，仅lw-addi一处会产生关于
6、r1的raw相关，延迟为1stall，转移指令的延迟情况不变：一个循环的执行时间：6+1+1=8（clocks）总执行时间：（2）+(8*2-1)+（1+1）+（1+2）=22（clocks）总RAW相关的stall数：1*2=2（clocks）运行程序：有出入的原因是windlx认为除了在lw-addi处有1stall的raw相关，sub-bnez处也会有1stall的raw相关（真搞不懂，难道分支指令在IF阶段开始读取寄存器的值了！？），按照这种想法重新计算的结果是：一个循环的执行时间：6+1*2+1=9（clocks）总执行时间：2+(9*2-1)+（1+1
7、）+（1+2）=24（clocks）总RAW相关的stall数：2*2=4（clocks）统计在流水线中出现的相关个数，及其引起的流水线暂停周期数：5）通过对程序进行编译优化并结合其他相关解决方法——分支预测与延迟槽：由于windlx默认采取了alwaysnot-taken的分支预测策略，且不支持延迟槽的概念，所以唯一可做的调度就是通过分离lw-addi和sub-bnez指令来消除raw相关，调度后的程序如下图所示：一个循环的执行时间：6+1=7（clocks）总执行时间：2+(7*2-1)+（1+1）+（1+2）=20（clocks）总RAW相关的stall数：
8、0（clo
